پیل‌سوختی قلیایی یکی از فن‌آوری‌های توسعه یافته می‌باشد که از اواسط دهه 60 در برنامه آپولو و شاتل‌های فضایی ناسا به‌ کار گرفته شد. پیل‌سوختی در این فضاپیماها هم برق جانبی مورد نیاز و هم آب آشامیدنی را تامین می‌نماید. در این نوع پیل از اکسیژن و هیدروژن استفاده شده و الکترولیت آن نیز عموماً محلول هیدروکسید پتاسیم است. 

دمای عملیاتی از 150 تا 220 درجه سانتیگراد متغیر است و غلظت الکترولیت هیدروکسید پتاسیم نیز با دما تغییر می‌کند. الکترولیت مورد استفاده که محلول برپایه آب است معمولاً در یک ماتریس متخلخل (از جنس آزبست) نگهداری می‌شود. بازده این نوع پیل‌سوختی درحدود %70 است و دانسیته توان آن در حد 300-100 است. طول عمر این پیل‌سوختی بیش از 10000 ساعت می‌باشد. 

الکتروکاتالیست در پیل‌سوختی قلیایی شامل نیکل، نقره و اکسید‌های ‌فلزات است. در میان پیل‌های ‌سوختی دما پایین، پیل‌ سوختی قلیایی تنها نوعی است که قابلیت کاربرد کاتالیست‌های فلزات معمولی در آن وجود دارد. 

در این پیل‌سوختی یون‌های هیدروکسیل (-OH) از کاتد به آند می روند و با هیدروژن واکنش داده و تولید آب و الکترون می‌کنند. الکترون‌های بوجود آمده در آند توسط یک مدار خارجی توان الکتریکی تولید می‌کنند. این مدار خارجی الکترون‌ها را به کاتد باز می‌گرداند. آب تولید شده در آند به کاتد برگشته و در آنجا با الکترون‌ها و اکسیژن واکنش داده و موجب ساخته شدن یون‌های هیدروکسیل بیشتری می‌شوند. این یون‌ها درون الکترولیت نفوذ کرده و واکنش ادامه پیدا می‌کند واکنش‌های شیمیایی در آند و کاتد در ذیل آمده است . براساس این واکنش‌ها پیل‌سوختی الکتریسیته و حرارت را به عنوان محصول جانبی تولید می‌کند. 

واکنش آند

2 H2 + 4 OH- => 4 H2O + 4 e-

واکنش کاتد

O2 + 2 H2O + 4 e- => 4 OH-

واکنش کلی پیل

2 H2 + O2 => 2 H2O

از خصوصیات پیل‌سوختی قلیایی حساسیت زیاد آن به CO2موجود در هوا و یا سوخت است. CO2 سریعاً با الکترولیت واکنش داده و موجب کاهش عملکرد پیل‌سوختی می‌گردد. لذا این نوع پیل‌سوختی بایستی در محیط بسته باشد و از اکسیژن و هیدروژن خالص استفاده کند و از واکنش‌های شیمیایی اضافی و ایجاد کربنات جامد جلوگیری ‌شود. 

جنبه مثبت پیل‌سوختی قلیایی تولید ارزان است. کاتالیست مورد استفاده در این نوع پیل از مواد متنوعی از قبیل نیکل، نقره و اکسید فلزات است که از کاتالیست‌های سایر پیل‌های سوختی ارزانتر است. 

به علت احتمال نشت الکترولیت مایع و حساسیت به آلودگی پیل‌سوختی قلیایی برای کاربردهای حمل و نقلی مناسب نیست. عملکرد یک پیل‌سوختی قلیایی را در شکل می‌بینید. 

همچنین به دلیل دمای پایین کارکرد و در نتیجه شروع به کار سریع پیل‌سوختی کاربرد پیل‌سوختی قلیایی به کاربردهای فضایی کوچک و صنایع نظامی خاص محدود می‌شود.